JP2004094839A - Ｒｆｉｄタグ - Google Patents

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JP2004094839A
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antenna
connection
terminal
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English (en)
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Yoshio Ozeki
大関　良雄
Asao Nakano
中野　朝雄
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

【課題】接続不良の少ないＲＦＩＤタグを提供することができる。
【解決手段】金属製のアンテナと、該アンテナに端子が接合された半導体装置とを備えたＲＦＩＤタグであって、０．５ｍｍ角よりも小さい半導体装置が金属接合で該アンテナに接合されている構造を採用することにより、上記課題を解決することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＦＩＤタグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な半導体装置の実装技術を大きく分類すると、ワイヤボンディングとワイヤレスボンディングに分けられる。
【０００３】
ワイヤボンディングは、半導体装置の端子と配線基板のパッドとの間を弧を描くようにボンディングするため、ＲＦＩＤタグの薄型化を実現するのには向かない技術である。
【０００４】
一方、ワイヤレスボンディングは、半導体装置の端子と配線基板との距離が短かく、直線的に接続することができるので、ＲＦＩＤタグの薄型化に好適である。
【０００５】
このワイヤレスボンディングには接触接続と金属接続がある。
【０００６】
接触接続の一例として、異方導電性接着剤（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｍｅｔｒｉｃ　ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ）を用いた実装方式（以下ＡＣＦ接続方式）が、特開平２００１−２４５６８号公報に記載されている。
【０００７】
この文献によれば、ＩＣとアンテナとの間をＡＣＦ接続方式で接合することにより、ワイヤボンディングや樹脂によるモールドを省くことができるので、ＩＣカードの薄型化に好適であるとされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２００１−２４５６８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人に属する従業者らは、０．５ｍｍ角以下のＲＦＩＤタグ用の半導体装置を開発した。そこで、本発明者らはこの半導体装置をアンテナに実装するのに、上記無線ＩＣカードで採用したＡＣＦ実装方式を適用することを検討した。
【００１０】
実際に試作した結果、アンテナと半導体装置との間で接続不良を生じるものがあった。
【００１１】
つまり、無線ＩＣカードで採用している数ｍｍ角程度の半導体装置の実装技術が１ｍｍ角以下、特に０．５ｍｍ角以下（面積換算で０．２５ｍｍ２以下）の半導体装置の実装にはそのまま適用できず、他のパラメータを検討する必要が生じることがわかった。
【００１２】
本発明の目的は、０．５ｍｍ角以下の半導体装置を実装したＲＦＩＤタグの接続信頼性を高めることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題は次の構成により解決できる。
【００１４】
０．５ｍｍ角よりも小さい半導体装置を金属接合で金属製のアンテナに接合した構造とすれば、接触接合のように硬化収縮力や熱収縮力を気にしなくてもよくなるので、単位面積あたりの端子面積が大きな半導体装置を採用しても接続不良が生じにくくなる。
【００１５】
また、この金属接合として、鉛フリー化、短タクト化を実現する観点から、金と錫の合金でなされることが好ましい。
【００１６】
これらの構造を実現するのに、端子上に金バンプが形成された０．５ｍｍ角よりも小さい半導体装置と、該銅箔上に錫メッキがなされたアンテナとを用いるようにすると、高価な金の使用量を抑えることができるので、好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明のＲＦＩＤタグを、図を用いて説明する。
【００１８】
図１にＲＦＩＤタグの上面図及び断面図を、図２に半導体装置とアンテナとの接合部の拡大透過図を示す。
【００１９】
本態様のＲＦＩＤタグは、図１に示すように、アンテナに、ＩＤ発信機能を備えたフリップチップ方式で実装された半導体装置で、タグ全体で０．１３ｍｍの厚みがある。
【００２０】
また、半導体装置は、厚みが０．０６ｍｍとなるようにバックグラインドされており、０．５ｍｍ角の外形をしている。また、半導体装置内部の集積回路と直接配線で接続されている２つの入出力端子と半導体装置内の集積回路に直接されていない２つの接続用端子の計４つの端子が、半導体装置の重心を中心として９０°づつずれて入出力端子、接続用端子、入出力端子、接続用端子の順に形成されている（入出力端子同士及び接続用端子同士が対向配置）。また、この半導体装置は、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波をアンテナで受信し、そのマイクロ波から生じる自己整流を電力源として動作する半導体装置で、かかるマイクロ波の信号を受け取ったことをトリガとして、内臓している記憶装置に格納された１２８ビットのデータを送信信号に変換してアンテナに送り返す機能を備えている。
【００２１】
また、アンテナは、ポリイミドテープ上の外縁に若干すき間を開けた５６ｍｍの長さの銅箔が形成され、半導体装置が実装されるアンテナの端部には、錫のメッキ膜が形成されている。
【００２２】
この半導体装置の全端子とアンテナの銅箔とが金と錫の合金で接合されている。
【００２３】
また、半導体装置の側面及び下面と銅箔との間にはアンダーフィルが配置されている。
【００２４】
なお、接続用端子は接合のバランスを確保するために設けたので、２つの入出力端子と１つの接続用端子を備えているだけでもよい。
【００２５】
この構造は、次の工程により製造することができる。
工程１：樹脂フィルムであるポリイミドフィルム（ポリイミドテープ）の一つの主平面上に、銅箔を接着剤で接着することでアンテナを形成する。接着した銅箔の上に錫をメッキして、接続パッド（接続電極）とする。
工程２：次に、半導体装置の全端子上に金バンプを形成する。
工程３：工程１でメッキした錫が最上層になるようにアンテナを固定する。さらに、工程２で形成した金バンプとアンテナの錫が対面するように半導体装置の端子面を下方に向けて、アンテナと半導体装置の位置合わせを行う。
工程４：非端子面である半導体装置の上方から下方へ２００ＭＰａの圧力で加圧するとともに、１５０℃で１．５秒加熱することで仮固定する。
工程５：さらに、精度の高い位置合わせを行い、２００ＭＰａの圧力で加圧するとともに、２８０℃で３秒加熱する。この加熱により錫が金に拡散するので、半導体装置の端子とアンテナの銅箔とが金錫合金による金属接合となる。
工程６：半導体装置の下方にアンダーフィルを形成する。
【００２６】
次に、本態様のＲＦＩＤタグの接続抵抗値に関する特性について図３を用いて説明する。
【００２７】
上記製造方法で製造したＲＦＩＤタグは図３の（ａ）の特性を示す。
【００２８】
８５℃８５％ＲＨの高温高湿試験の結果、３５０サイクル程度で１０ｍΩ程度の接続抵抗しか生じなかった。１００ｍΩ程度で送信特性に影響を与えることがわかっているので、かかる特性は良好な接続抵抗といえる。
【００２９】
−５０℃〜１２５℃、各３０分の温度サイクル試験の結果、３５０サイクルで２０ｍΩ以下の接続抵抗しか発生しなかったので、高温高湿試験の結果と同様に、良好な接続抵抗であるといえる。
【００３０】
上記製造工程４における仮固定の温度を２２５℃にした場合について、温度サイクル試験をやった場合でも、４３０サイクルで１０ｍΩ程度しか生じていないので、仮固定の温度を１５０℃とした場合と同様に、良好な接続抵抗とすることができた。
【００３１】
このように、本態様のＲＦＩＤタグは、０．５ｍｍ角以下の半導体装置とアンテナとの接合に金属接合を採用しているので、所望の接続不良の発生を低減できている。
【００３２】
また、本構造では接合する金属として、錫と金の合金を用いている。このように構成すると、鉛フリーのＲＦＩＤタグを実現することができるだけでなく、挟ピッチにしても、短タクトで接続信頼性を高めることができるようになっている。
【００３３】
また、このような接続方法を入出力端子と接続端子のどちらかに採用しても効果を得ることができるが、双方の端子に採用することで、一括リフローが可能になっている。
【００３４】
また、入出力端子は、双方同じ機能であるため、半導体装置の対角に対向するように配置することにより、１８０度逆向きに接合することができるようになる。
【００３５】
また、アンテナの錫メッキを２端子分つまり、入出力端子１つと接続用端子１つの２つを１つの接続端子で接合する構造とすることにより、多少の回転ずれでも接続不良とならない構造とすることができるようになる。また、この構造では９０度、２７０度に回転させても、接合することが可能になるので、さらに接合を容易にすることができる。
【００３６】
図７にアンダーフィルがあった場合となかった場合の強度の差を示す。
【００３７】
上記のように、本実施例の半導体装置は、バックグラインドを行うことにより、厚みを薄くしている。このバックグラインドにより、半導体装置には小さなマイクロクラックが生じている。かかる構造にアンダーフィルを形成すると、アンダーフィルがない場合に比べて外部からの点圧破壊に２倍以上強くなることがわかる。
（比較例）
次に、比較例として接触接合方式であるＡＣＦ方式で実装した場合について説明する。
【００３８】
図４にＡＣＦ方式を採用した場合の実装方式を示す。
【００３９】
透明なポリエチレンテレフタラートフィルム（以下、ＰＥＴフィルム）上に長さ５６ｍｍの銅箔を接着してアンテナを形成する。
【００４０】
接着した銅箔上にＡＣＦを仮圧着する。
【００４１】
半導体装置に金バンプを形成し、その金バンプとＡＣＦが対向するように半導体装置とアンテナを配置し、仮固定する。
【００４２】
さらに、精度の高い位置合わせを再度行って、加圧加熱する。この加圧加熱によりＡＣＦが硬化して金バンプと銅箔を直接接続する。
【００４３】
図４の方法で製造したＡＣＦ方式で接合した場合の高温高湿試験（８５℃８５％ＲＨ）の結果を図５に示す。
【００４４】
０．３ｍｍ角の半導体装置を実装した場合、２５時間で数百ｍΩの接続抵抗が発生している。
【００４５】
また、０．５ｍｍ角の半導体装置を実装した場合でも、１００時間経過時には、数百ｍΩ以上の接続抵抗が生じる。このように、０．５ｍｍ角以下の半導体装置の実装にＡＣＦ方式を用いた場合、従来の半導体装置では生じなかった接続抵抗の顕著な増加が生じてしまう。
【００４６】
通常の半導体装置は端子のない領域も多いので、端子数が多くても端子あたりのＡＣＦの面積を十分に確保でき、所望の接続安定性を得ることが出来ているが、本態様のようなＲＦＩＤタグを構成する０．５ｍｍ以下角の半導体装置では端子面積が装置面積に対して非常に大きくなるため、端子あたりのＡＣＦの接着能力（熱収縮力＋硬化収縮力）が低下することになり、銅箔との接続安定性が低下してしまうからであると考えられる。
【００４７】
図６にＡＣＦ方式と金と錫の金属接合方式との接続不良率を対比する。
【００４８】
ＡＣＦ方式を採用したＲＦＩＤタグは、１時間も経たない内に接続不良が発生し始め、５０時間までに約８５％が不良となった。
【００４９】
一方、金錫接続方式では１３００時間経過後も不良率１％以下の良好な接続を維持することができた。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、接続不良の少ないＲＦＩＤタグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＦＩＤタグの上面図及び断面図
【図２】半導体装置とアンテナとの接合部の拡大透過図
【図３】ＲＦＩＤタグの接続抵抗値に関する特性を示す図
【図４】ＡＣＦ方式を採用した実装構造
【図５】ＡＣＦ方式で接合した場合のＲＦＩＤタグの接続抵抗値に関する特性を示す図
【図６】ＡＣＦ方式と金と錫の金属接合方式との接続不良率を示す図
【図７】アンダーフィルがあった場合となかった場合の強度を示す図

Claims (8)

  1. 金属製のアンテナと、該アンテナに端子が接合された半導体装置とを備えたＲＦＩＤタグであって、
    ０．５ｍｍ角よりも小さい半導体装置が金属接合で該アンテナに接合されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  2. 請求項１において、
    前記金属接合は金と錫の合金でなされていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  3. 高分子フィルム上に銅箔が接着されているアンテナと該銅箔に端子が接合されている半導体装置を有するＲＦＩＤタグであって、
    端子上に金バンプが形成された０．５ｍｍ角よりも小さい半導体装置と、該銅箔上に錫メッキがなされたアンテナとが用いられていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  4. 請求項１から３のいずれかにおいて、
    前記端子は入出力端子を含むことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  5. 請求項４において、
    前記端子は接続端子を含むことを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  6. アンテナと、該アンテナに接続されている２つの入出力端子を備えた半導体装置と、を有するＲＦＩＤタグにおいて、
    前記半導体装置は、前記入出力端子が半導体装置の対角する位置に設けた半導体装置であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  7. 請求項６において、
    前記半導体装置は、もう一方の対角する位置に設けられた２つの接続用端子を備えていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
  8. 請求項７において、
    前記アンテナは接続端子を２つ備え、
    該アンテナの１つの接続端子と前記半導体装置の隣接する２つの端子とが接合されていることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
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